2g 3g 4g что это

Поколения мобильной связи 1G, 2G, 3G, 4G, 5G

Мысль о создании беспроводной мобильной связи зародилась еще в начале прошлого столетия. С тех пор, работы в этом направлении велись по большей части западными странами и Советским Союзом. Рабочий прототип сотового телефона появился только лишь в 1973 году, когда компанией Motorola был представлен миру официально первый мобильный телефон DynaTac. В том же году, 3 апреля, директор отдела мобильной связи компании Motorola Мартин Купер, прогуливаясь по Манхеттену, демонстративно позвонил по мобильному телефону, чем привел в восторг прохожих.

Сегодня, жизнь человека трудно представить без мобильного телефона. Телефония, интернет со всеми его сервисами и возможностями – то без чего теперь невозможно обойтись ни дня. А ведь появилось все это не так уж давно, хотя за последние 35 лет сменилось уже четыре поколения сотовой связи. Развитие в этой области идет так быстро, что, едва исчерпав возможности 4G, операторы вот-вот предложат новое – пятое поколения мобильной связи.

В этой статье мы расскажем о том, как развивалась сотовая связь из поколения в поколение, и какие технологии применялись на каждом из этапов.

1G – первое поколение

Стандарты связи первого поколения были аналоговыми и имели множество недостатков. Все тогдашние технологии, мало того, что имели проблемы были с качеством сигнала, так еще и были несовместимы между собой.

Наибольшее распространение получили следующие стандарты:

• AMPS (Advanced Mobile Phone Service – усовершенствованная подвижная телефонная служба). Данный стандарт широко использовался в странах Северной и Южной Америки, а также в Австралии;
• TACS (Total Access Communications System — тотальная система доступа к связи). Этот стандарт получил распространение во многих Европейских странах;
• NMT (Nordic Mobile Telephone – северный мобильный телефон). Использовался в скандинавских странах.
• TZ-801 (TZ-802, TZ-803). Использовался в Японии.

Несмотря на все недостатки, аналоговым сетям мобильной связи все же нашли коммерческое применение. Первопроходцами в этом, ожидаемо, стали японцы, которые запустили в массы аналоговую беспроводную телефонную сеть в 1979 году. Затем, в 1981 году, сеть была запущена в некоторых европейских странах — Дании, Швеции, Норвегии и Финляндии. В США, первая коммерческая беспроводная телефонная сеть была пущена в эксплуатацию лишь в 1983 году.

2G – второе поколение

Начиная с 1982 года, изучением и разработкой пан-Европейской наземной системы подвижной связи общего применения занималась рабочая группа GSM (от франц. Groupe Spécial Mobile — специальная группа по подвижной связи), которая была сформирована Европейской конференцией почтовых и телекоммуникационных ведомств. Затем, в 1989 году, изучение и разработку второго поколения мобильной связи продолжил Европейский институт стандартов в телекоммуникации. Но аббревиатура GSM осталась, хотя и приобрела новое значение — Global System for Mobile Communications (глобальная система для подвижной связи).

Внедрение коммерческих проектов на основе технологий второго поколения началось в 1991 году. Отличало второе поколение от первого в первую очередь применение цифровых методов передачи данных, что открыло возможности для создание таких сервисов, как SMS (Short Message Service — служба коротких сообщений), WAP (Wireless Application Protocol — беспроводной протокол передачи данных), с помощью которого стал возможен доступ к Интернет с мобильных устройств. Но скорость передачи данных в сетях 2G, конечно же, пока оставляла желать лучшего, так как позволяла загружать не более 19 Кбит интернет-трафика в секунду. Тем не менее, пользователи очень высоко оценили ноу-хау, и стимулов для дальнейшего развития технологий передачи данных посредством мобильных сетей было более чем достаточно.

Стоит отметить, что на пути к третьему поколению, были предприняты некоторые значительные шаги в развитии, которые, получили условные обозначения 2,5G и 2,7G.

Промежуточное поколение 2,5G ознаменовал приход технологии GPRS (General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования), которая позволила увеличить скорость передачи данных с 19 до аж 172 кбит/с. Но это лишь в теории, на практике скорость едва ли достигала 80 кбит/с, что по сравнению с 2G тоже не так уж плохо.

Другое яркое событие – появление технологии EDGE (EGPRS) (Enhanced Data rates for GSM Evolution). Этим событием был обозначен следующий промежуточный этап, получивший название 2,7G. Промежуточный, а не следующий, так как технология предполагала лишь усовершенствование прежней, а не создание чего-то принципиально нового. Что касается скорости передачи данных в таких сетях, то теоретический максимум составлял около 470 Кбит/с, практические показатели варьировались в районе 150 Кбит/с.

3G – третье поколение

В то время, как продолжалось коммерческое внедрение и усовершенствование технологий второго поколения, активно велись работы по созданию нового — третьего поколения. И вот, в начале 2000-х годов, наконец была запущена в эксплуатацию сеть 3G (в России в 2002 году). Основой послужила технология CDMA (Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением).

Третье поколение включает в себя целых 5 стандартов:

• UMTS/WCDMA
• CDMA2000/IMT-MC
• TD-CDMA/TD-SCDMA
• DECT
• UWC-136

Первые два получили самое широкое применение в мире. Рассмотрим стандарты, используемые в России.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System – универсальная сисема мобильной электросвязи) – технология, разработанная на основе WCDMA с целью внедрения 3G в Европейских странах. Успешно прижилась так же и в нашей стране. Работает в частотном диапазоне 2110-2200 МГц. Максимальная скорость передачи данных в режиме UMTS составляет около 2 Мбит/с, при условии, что принимающее устройство неподвижно. При движении абонента значительно падает, и в зависимости от скорости движения, может снизиться до 144 Кбит/с.
• HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access— высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) – самый первый из семейства протоколов сотовой связи HSPA (High Speed Packet Access — высокоскоростная пакетная передача данных). Основанный на UMTS технологии, он и последующие его версии, позволили значительно увеличить скорость передачи данных в сетях 3G. В первой реализации протокол HSDPA имел максимальную скорость передачи данных 1,2 Мбит/с. Скорость передачи данных в последующей версии протокола HSDPA составляла уже 3,6 Мбит/с. Дальнейшее развитие протокола HSDPA позволило увеличить скорость сначала до 7,2 Мбит/с, а затем, и до 14,4 Мбит/с.
• HSPA+ – технология, базирующаяся в свою очередь на HSDPA, реализует более сложные методы модуляции сигнала (16QAM, 64QAM). HSPA+ в двухканальном режиме (DC-HSPA+) позволяет достигать скорости передачи данных до 42,2 Мбит/с.

4G – четвертое поколение

Сегодня, в мобильных сетях широко применяется технология уже четвертого поколения, причем не только в больших городах, но и в городах поменьше и даже деревнях. Переход к 4G был ознаменован внедрением новых стандартов передачи данных в беспроводных сетях, которые были разработаны совместными усилиями компаний Hewlett-Packard и NTT DoCoMo. Речь идет о стандартах WiMax и LTE. Далее подробнее о каждом из них.

WiMAX. Данный стандарт был разработан еще в 2001 году организацией WiMAX Forum. В состав данной организации входили такие производители, как Huawei Technologies, Samsung, Intel и многие другие известные компании. По сути технология WiMAX является продолжением всем знакомого стандарта беспроводной связи для локальных сетей Wi-Fi. Коммерческое применение для этой технологии впервые нашлось в Канаде в 2005 году.

LTE (Long-Term Evolution— долговременное развитие) концептуально является продолжением развития стандартов предыдущих поколений — GSM/UMTS и изначально к четвёртому поколению не относился, но на сегодняшний день именно этот стандарт является основным для сетей четвертого поколения. Разработанный крупнейшим в Японии оператором сотовой связи NTT DoCoMo, в десятом его релизе (LTE Advanced), данный стандарт был принят Международным союзом электросвязи как стандарт четвертого поколения, так как отвечал всем предъявляемым требованиям. Первый запуск коммерческой сети с поддержкой LTE был осуществлен в 2009 году в Швеции и Норвегии.

Максимально возможная скорость передачи данных по стандарту LTE составляет 326.4 Мбит/с, но это в теории. Что касается практики, то скорость передачи данных будет существенно зависеть от ширины диапазона частот, используемой оператором. Из российских операторов сотовой связи, на сегодняшний день, наибольшую ширину диапазона частот для сетей беспроводной связи, которая составляет 40 МГц, использует только Мегафон. Остальные компании, предоставляющие услуги сотовой связи, используют ширину канала 10 МГц.

Для сравнения, максимум скорости передачи данных в LTE-сетях в диапазоне частот 10 МГЦ составляет 75 Мбит/с, а предельная скорость в диапазоне 40 МГц может достигать 300 Мбит/с.

Есть еще такое понятие, как частотная полоса. Спецификации на такие частотные полосы называются бэндами (band). Всего таких спецификаций 70 и в разных странах для сетей LTE применяются разные спецификации. В России используются следующие 5:

• band3 FDD LTE в частотном диапазоне 1800 МГц;
• band7 FDD LTE в частотном диапазоне 2600 МГц;
• band20 FDD LTE в частотном диапазоне 800 МГц;
• band31 FDD LTE в частотном диапазоне 450 МГц;
• band38 TDD LTE в частотном диапазоне 2600 МГц.

В сетях LTE FDD (Frequency Division Duplex) используется метод частотного разделения, это означает, что загрузка и передача трафика осуществляется в разных частотных диапазонах. А в сетях LTE TDD (Time Division Duplex) используется метод разделения по времени, то есть входящий и исходящий трафик передаются в одном диапазоне частот, но в разные промежутки времени.

5G – пятое поколение

Работы по разработке стандартов для сетей беспроводной передачи данных пятого поколения, на момент написания статьи, еще ведутся. Основным спонсором исследований в этом направлении является один из крупнейших игроков на рынке сетевого оборудования — китайская компании Huawei Technologies. Начало работ по внедрению 5G прогнозируется в 2020 году. В опытных испытаниях технологий пятого поколения удавалось достичь скорости передачи данных 25 Гбит/с, и это значение почти на порядок выше того, что способна дать сеть четвертого поколения.

Поддержка стандартов мобильной беспроводной связи.

Оборудование базовых станций российских сотовых операторов обеспечивает поддержку стандартов всех поколений, начиная с 2G: GSM, GPRS, EDGE, WCDMA, UMTS, HSPA, LTE, LTE-Advanced. Это дает возможность получать доступ к сети Интернет с мобильных устройств как новых, так и предыдущих поколений. Обычно, устройства для доступа к беспроводной сети интернет, будь то телефон, usb-модем или роутер с поддержкой сим-карт, при подключении выбирают ту сеть, которая обеспечивает максимальный уровень сигнала. Но, на большинстве из них в настройках можно вручную установить ту сеть, к которой следует подключаться. Такая мера может быть оправдана в тех случаях, когда несмотря на высокий уровень сигнала LTE, наблюдается низкая скорость соединения, обусловленная высокой загруженностью оборудования базовой станции, и переключение на режим UMTS в некоторых случаях может помочь увеличить скорость передачи данных.

Что такое 2G, 3G: UMTS, HSDPA, HSPA+, DC-HSPA+ и 4G (LTE)

Идея беспроводной мобильной связи зародилась в головах ученых еще в начале 20-го века. Работы по созданию системы радиотелефонной связи активно велись и в западных странах и в Советском Союзе, однако первая рабочая модель сотового телефона появилась в лишь в 1973 году, когда американская компания Motorola представила миру DynaTac — первый прототип портативного сотового телефона.
Сегодня жизнь человека практически невозможно представить без мобильных устройств, использующих технологии беспроводной связи. За последние 35 лет сменилось 4 поколения сотовой связи, и на смену четвертому приходит пятое поколение, внедрение которого ожидается к 2020 году. Об истории развития сотовой связи, поколениях и применяемых технологиях пойдет речь в данной статье.

Первое поколение — 1G

Все стандарты первого поколения были аналоговыми и имели массу недостатков. Проблемы были как с качеством сигнала, так и с совместимостью технологий.
Среди стандартов мобильной связи первого поколения, наибольшее распространение получили следующие:
• AMPS (Advanced Mobile Phone Service – усовершенствованная подвижная телефонная служба). Использовался в США, Канаде, Австралии и странах Южной Америки;
• TACS (Total Access Communications System — тотальная система доступа к связи) Использовался в европейских странах, таких как Англия, Италия, Испания, Австрия и ещё ряд стран;
• NMT (Nordic Mobile Telephone – северный мобильный телефон). Применялся в скандинавских странах.
• TZ-801 (TZ-802,TZ-803), разработанные в Японии.
Не смотря на имеющиеся проблемы с качеством и совместимостью стандартов, аналоговым сетям мобильной связи все же нашли коммерческое применение. Первыми это сделали японцы в 1979 году, затем в 1981 году аналоговая сеть была запущена в Дании, Финляндии, Норвегии и Швеции, и в 1983 году в США.

Второе поколение — 2G

В 1982 году Европейской конференцией почтовых и телекоммуникационных ведомств была сформирована рабочая группа, названная GSM (франц. Groupe Spécial Mobile — специальная группа по подвижной связи). Целью создания группы, является изучение и разработка пан-Европейской наземной системы подвижной связи общего применения.
В 1989 году изучение и разработку второго поколения мобильной связи продолжил Европейский институт стандартов в телекоммуникации. Аббревиатура GSM тогда приобрела иное значение — Global System for Mobile Communications (глобальная система для подвижной связи).
В 1991 году появились первые коммерческие мобильные сети второго поколения. Главным отличием сетей второго поколения от первого является цифровой метод передачи данных. Технологии передачи данных в цифровом виде позволили внедрить сервис обмена текстовыми сообщениями (SMS), а позднее, с помощью протокола WAP (Wireless Application Protocol — беспроводной протокол передачи данных) стал возможен выход в Интернет с мобильных устройств. Скорость передачи данных в сетях второго поколения составляла не более 19,5 кбит/с.
Дальнейший рост потребности пользователей в мобильном интернете послужил толчком для разработки сетей следующих поколений. Промежуточными этапами между сетями 2G и 3G стали поколения, условно называемые 2,5G и 2,7G.
Поколением 2,5G обозначили технологию GPRS (General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования), которая позволила увеличить скорость передачи данных до 172 кбит/с в теории, и до 80 кбит/с в реальности.
Поколением 2,7G назвали технологию EDGE (EGPRS) (Enhanced Data rates for GSM Evolution), которая функционирует как надстройка над 2G и 2.5G. Скорость передачи данных в таких сетях теоретически может достигать 474 кбит/с, однако на практике редко доходит до 150 кБит/с.

Третье поколение — 3G

Работы по созданию технологий третьего поколения начались в 1990-х годах, а внедрение состоялось только в начале 2000-х (в 2002 году в России). Разработанные к тому времени стандарты основывались на технологии CDMA (Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением).
Третье поколение мобильной связи включает 5 стандартов: UMTS/WCDMA, CDMA2000/IMT-MC, TD-CDMA/TD-SCDMA, DECT и UWC-136. Наиболее распространенными из них являются стандарты UMTS/WCDMA и CDMA2000/IMT-MC. В России популярность получил стандарт UMTS/WCDMA. Далее предлагаем остановиться на основных технологиях 3G:

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System – универсальная сисема мобильной электросвязи) – технология сотовой связи разработанная для внедрения 3G в Европе. Используемый диапазон частот 2110-2200 МГц. (зачастую ширина канала 5 МГц). Скорость передачи данных в режиме UMTS составляет не более 2 Мбит/с (для неподвижного абонента), а при движении абонента, в зависимости от скорости движения, может опуститься до 144 Кбит/с.

HSDPA

HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access — высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) – первый из семейства протоколов сотовой связи HSPA (High Speed Packet Access — высокоскоростная пакетная передача данных), основанный на UMTS технологии. Данный протокол и последующие его версии позволили значительно увеличить скорость передачи данных в сетях 3G. В первой своей реализации протокол HSDPA имел максимальную скорость передачи данных 1,2 Мбит/с. Скорость передачи данных в следующей реализации протокола HSDPA составляла уже 3,6 Мбит/с. На этот момент 3G модемы получили большую популярность и у большинства пользователей были модемы поддерживающие именно этот стандарт, наиболее популярные модель Huawei E1550, ZTE mf180 (такие экземпляры встречаются до сих пор). В результате дальнейшего развития протокола HSDPA удалось увеличить скорость сначала до 7,2 Мбит/с (наиболее популяные модемы Huawei E173, ZTE MF112), а затем до 14,4 Мбит/с. (Huawei E1820, ZTE MF658) Вершиной технологии HSDPA стала технология DC-HSDPA скорость которой могла достигать 28.8 Мбит/с. DC-HSDPA по сути двухканальный вариант HSDPA.

HSPA+ – технология, базирующаяся на HSDPA, в которой реализованы более сложные методы модуляции сигнала (16QAM, 64QAM) и технология MIMO (Multiple Input Multiple Output – множественный вход множественный выход). Максимальная скорость 3G может достигать 21 Мбит/с. Подобную технологию уже относят к 3,5G.

DC-HSPA+

DC-HSPA+ технология с самым быстрым 3G Интернетом 42,2 Мбит/с. По сути это двухканальный HSPA+ с шириной канала 10 МГц. Часто это технологию называют 3.75G.

Все устройства, поддерживающие режим работы в сетях третьего поколения, поддерживают также стандарты предыдущих поколений. К примеру, уже устаревший на сегодняшний день USB-модем Huawei E173 для сетей 2G/3G поддерживает стандарты GSM, GPRS, EDGE (до 236,8 Кбит/c), UMTS (до 384 Кбит/c), HSDPA (до 7,2 Мбит/с), т.е. стандарты сетей как второго так и третьего поколений. Максимальная скорость с которой может работать данное устройство равна 7,2 Мбит/с. Более «продвинутая» модель Huawei E3131 для сетей 2G/3G поддерживает набор стандартов, включающий кроме вышеперечисленных еще и HSPA+. Максимальная достижимая скорость загрузки данных на этом устройстве значительно больше и составляет 21 Мбит/сек. Но следует учесть, что максимальная теоретическая и реальная скорости отличаются довольно сильно.Например на модемах huawei E1550, zte mf180, где максимальная скорость 3.6 Мбит/с, на практике можно добиться скорости 1-2 Мит/с, на модемах Huawei E173, ZTE MF112 (максимальная скорость 7,2 Мбит/с) на практике 2-3,5 Мбит/с, это при условии хорошего уровня сигнала и низкой загруженности вышки мобильного оператора. Одним из факторов повышения скорости 3G Интернета является использования модема поддерживающего максимальную скорость 3G. Мы рекомендуем модем Huawei E3372, он не только поддерживает максимальную скорость 3G Интернета (до 42,2 Мбит/с), но и 4G (до 150 Мбит/с). Кто то может возразить и сказать что в его «дыре» 4G не будет никогда, однако не забывайте, что несколько лет назад вы и о 3G не мечтали. Технологии не стоят на месте!

Четвертое поколение — 4G

На смену еще не исчерпавшему свои возможности 3G приходят новые технологии, технологии четвертого поколения (4G), в большей степени отвечающие запросам времени. Технологии поколения 4G обозначили совершенно новые требования к качеству сигнала связи и его стабильности.
Детищем совместных исследований компаний Hewlett-Packard и NTT DoCoMo в области разработки технологий передачи данных в беспроводных сетях четвертого поколения стали стандарты LTE и WiMax.
• Стандарт WiMAX был разработан в 2001 году организацией WiMAX Forum, в состав которой входят такие производители, как Samsung, Huawei Technologies, Intel и другие известные компании. Концептуально WiMAX является продолжением беспроводного стандарта Wi-Fi. Версии стандарта WiMAX подразделяются на фиксированные, предназначенные для неподвижных абонентов, и мобильные, для движущихся абонентов со скоростью, не превышающей 115 км/час. Первая коммерческая WiMAX-сеть была запущена в эксплуатацию в Канаде в 2005 году.
• Стандарт LTE (Long-Term Evolution — долговременное развитие) по сути является продолжением развития стандартов GSM/UMTS и первоначально не относился к четвёртому поколению мобильной связи. На сегодняшний день именно LTE является основным стандартом сетей четвертого поколения (4G). Впервые представленный вышеупомянутой компанией NTT DoCoMo, крупнейшим в мире японским оператором сотовой связи, стандарт LTE, в десятом его релизе LTE Advanced, был избран Международным союзом электросвязи в качестве стандарта, отвечающего требованиям беспроводной связи четвертого поколения. Первая коммерческая реализация LTE-сети была осуществлена в 2009 году в Швеции и Норвегии.
Максимальная теоретическая скорость передачи данных в LTE-сетях составляет 326.4 Мбит/с. На практике скорость передачи данных существенно зависит от используемой оператором ширины диапазона частот. Наибольшую ширину диапазона частот на сегодняшний день имеет сотовый оператор Мегафон (40 МГц), что является серьезным преимуществом перед другими отечественными операторами сотовой связи, которые используют ширину 10 МГц. Максимальная скорость передачи данных в LTE-сети при ширине диапазона 10 МГЦ равна 75 Мбит/с. Ну а предельная скорость передачи данных при использовании ширины диапазона 40 МГц может достигать 300 Мбит/с.

Пятое поколение — 5G

Работы по разработке новых стандартов беспроводной передачи данных идут не останавливаясь. В основном при спонсорской поддержке одного из крупнейших производителей сетевого оборудования китайской компании Huawei. Повсеместное внедрение технологий пятого поколения прогнозируется в 2020 году. Однозначных сведений относительно максимальных скоростей передачи данных в сетях 5G пока нет, однако известно, что в опытных испытаниях сетей 5G удавалось достичь скорости 25 Гбит/с. Это в десятки раз превышает максимальные значения скорости передачи данных в сетях четвертого поколения.

Что такое 1G, 2G, 3G, 4G и все что между ними

Трудно в это поверить, но когда-то мобильные телефоны действительно называли «телефонами», не смартфонами, не суперфонами… Они входят в ваш карман и могут делать звонки. Вот и все. Никаких социальных сетей, обмена сообщениями, загрузки фотографий. Они не могут загрузить 5-Мегапиксельную фотографию на Flickr и, конечно же, не могут превратиться в беспроводную точку доступа.

Конечно, те мрачные дни уже далеко позади, но по всему миру продолжают появляться перспективные беспроводные высокоскоростные сети передачи данных нового поколения, и многие вещи начинают казаться запутанными. Что же такое «4G»? Это выше, чем 3G, но означает ли, что лучше? Почему все четыре национальных оператора США неожиданно называют свои сети 4G? Ответы на эти вопросы требуют небольшой экскурсии в историю развития беспроводных технологий.

Для начала, «G» означает «поколение», поэтому когда вы слышите, что кого-то относят к «сети 4G», это означает, что они говорят о беспроводной сети, построенной на основе технологии четвертого поколения. Применение определения «поколения» в данном контексте приводит ко всей той путанице, в которой мы попробуем разобраться.

История начинается с появления в 1980-х годах нескольких новаторских сетевых технологий: AMPS в США и сочетание TACS и NMT в Европе. Хотя несколько поколений услуг мобильной связи существовали и раньше, тройка AMPS, TACS и NMT считается первым поколением (1G), потому что именно эти технологии позволили мобильным телефонам стать массовым продуктом.

Во времена 1G никто не думал об услугах передачи данных — это были чисто аналоговые системы, задуманные и разработанные исключительно для осуществления голосовых вызовов и некоторых других скромных возможностей. Модемы существовали, однако из-за того, что беспроводная связь более подвержена шумам и искажениям, чем обычная проводная, скорость передачи данных была невероятно низкой. К тому же, стоимость минуты разговора в 80-х была такой высокой, что мобильный телефон мог считаться роскошью.

Отдельно хочется упомянуть первую в мире автоматическую систему мобильной связи «Алтай», которая была запущена в Москве в 1963 году. «Алтай» должен был стать полноценным телефоном, устанавливаемым в автомобиле. По нему просто можно было говорить, как по обычному телефону (т.е. звук проходил в обе стороны одновременно, т.н. дуплексный режим). Чтобы позвонить на другой «Алтай» или на обычный телефон, достаточно было просто набрать номер — как на настольном телефонном аппарате, без всяких переключений каналов или разговоров с диспетчером. Аналогичная система в США, IMTS (Improved Mobile Telephone Service), была запущена в опытной зоне на год позже. А коммерческий ее запуск состоялся лишь в 1969 году. Между тем в СССР к 1970 году «Алтай» был установлен и успешно работал уже примерно в 30 городах. Кстати, в Воронеже и Новосибирске система действует до сих пор.

В начале 90-х годов наблюдается подъем первых цифровых сотовых сетей, которые имели ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми системами. Улучшенное качество звука, бОльшая защищенность, повышенная производительность — вот основные преимущества. GSM начал свое развитие в Европе, в то время как D-AMPS и ранняя версия CDMA компании Qualcomm стартовали в США.

Эти зарождающиеся 2G стандарты пока не имеют поддержки собственных, тесно интегрированных, услуг передачи данных. Многие из таких сетей поддерживают передачу коротких текстовых сообщений (SMS), а также технологию CSD, которая позволила передавать данные на станцию в цифровом виде. Это фактически означало, что вы могли передавать данные быстрее — до 14,4 кБит/с, что было сравнимо со скоростью стационарных модемов в середине 90-х.

Для того, чтобы инициировать передачу данных с помощью технологии CSD, необходимо было совершить специальный «вызов». Это было похоже на телефонный модем — вы или были подключены к сети, или нет. В условиях того, что тарифные планы в то время измерялись в десятках минут, а CSD была сродни обыкновенному звонку, практической пользы от технологии почти не было.

Появление сервиса «General Packet Radio Service» (GPRS) в 1997 году стало переломным моментом в истории сотовой связи, потому что он предложил для существующих GSM сетей технологию непрерывной передачи данных. С использованием новой технологии, вы можете использовать передачу данных только тогда, когда это необходимо — нет больше глупой CSD, похожей на телефонный модем. К тому же, GPRS может работать с большей, чем CSD, скоростью — теоретически до 100 кБит/с, а операторы получили возможность тарифицировать трафик, а не время на линии.

GPRS появился в очень подходящий момент — когда люди начали непрерывно проверять свои электронные почтовые ящики.

Это нововведение не позволило добавить единицу к поколению мобильной связи. В то время, как технология GPRS уже была на рынке, Международный Союз Электросвязи (ITU) составил новый стандарт — IMT-2000 — утверждающий спецификации «настоящего» 3G. Ключевым моментом было обеспечение скорости передачи данных 2 МБит/с для стационарных терминалов и 384 кБит/с для мобильных, что было не под силу GPRS.

Таким образом, GPRS застрял между поколениями 2G, которое он превосходил, и 3G, до которого не дотягивал. Это стало началом раскола поколений.

3G, 3.5G, 3.75G… и 2.75G тоже

В дополнение к вышеупомянутым требованиям к скорости передачи данных, спецификации 3G призывали обеспечить легкую миграцию с сетей второго поколения. Для этого, стандарт, называемый UMTS стал топовым выбором для операторов GSM, а стандарт CDMA2000 обеспечивал обратную совместимость. После прецедента с GPRS, стандарт CDMA2000 предлагает собственную технологию непрерывной передачи данных, называемую 1xRTT. Смущает то, что, хотя официально CDMA2000 является стандартом 3G, он обеспечивает скорость передачи данных лишь немногим больше, чем GPRS — около 100 кБит/с.

Стандарт EDGE — Enhanced Data-rates for GSM Evolution — был задуман как легкий способ операторов сетей GSM выжать дополнительные соки из 2.5G установок, не вкладывая серьезные деньги в обновление оборудования. С помощью телефона, поддерживающего EDGE, вы могли бы получить скорость, в два раза превышающую GPRS, что вполне неплохо для того времени. Многие европейские операторы не стали возиться с EDGE и были приверженцами внедрения UMTS.

Итак, куда же отнести EDGE? Это не так быстро, как UMTS или EV-DO, так что вы можете сказать, что это не 3G. Но это явно быстрее, чем GPRS, что означает, что она должна быть лучше, чем 2.5G, не так ли? Действительно, многие люди назвали бы EDGE технологией 2.75G.

Спустя десятилетие, сети CDMA2000 получили обновление до EV-DO Revision A, которая предлагает немного более высокую входящую скорость и намного выше исходящую скорость. В оригинальной спецификации, которая называется EV-DO Revision 0, исходящая скорость ограничена на уровне 150 кБит/с, новая версия позволяет делать это в десять раз быстрее. Таким образом, мы получили 3.5G! То же самое для UMTS: технологии HSDPA и HSUPA позволили добавить скорость для входящего и исходящего траффика.

Дальнейшие усовершенствования UMTS будут использовать HSPA+, dual-carrier HSPA+, и HSPA+ Evolution, которые теоретически обеспечат пропускную способность от 14 МБит/с до ошеломительных 600 МБит/с. Итак, можно ли сказать что мы попали в новое поколение, или это можно назвать 3.75G по аналогии с EDGE и 2.75G?

4G — кругом обман

Подобно тому, как было со стандартом 3G, ITU взяла под свой контроль 4G, привязав его к спецификации, известной как IMT-Advanced. Документ призывает к скорости входящих данных в 1 ГБит/с для стационарных терминалов и 100 МБит/с для мобильных. Это в 500 и 250 раз быстрее по сравнению с IMT-2000. Это действительно огромные скорости, которые могут обогнать рядовой DSL-модем или даже прямое подключение к широкополосному каналу.

Беспроводные технологии играют ключевую роль в обеспечении широкополосного доступа в сельской местности. Это более рентабельно — построить одну станцию 4G, которая обеспечит связь на расстоянии десятков километров, чем покрывать сельхозугодья одеялом из оптоволоконных линий.

К сожалению, эти спецификации являются настолько агрессивными, что ни один коммерческий стандарт в мире не соответствует им. Исторически сложилось, что технологии WiMAX и Long-Term Evolution (LTE), которые призваны добиться такого же успеха как CDMA2000 и GSM, считаются технологиями четвертого поколения, но это верно лишь отчасти: они оба используют новые, чрезвычайно эффективные схемы мультиплексирования (OFDMA, в отличие от старых CDMA или TDMA которые мы использовали на протяжении последних двадцати лет) и в них обоих отсутствует канал для передачи голоса. 100 процентов их пропускной способности используется для услуг передачи данных. Это означает, что передача голоса будет рассматриваться как VoIP. Учитывая то, как сильно современное мобильное общество ориентировано на передачу данных, можно считать это хорошим решением.

Где WiMAX и LTE терпят неудачу, так это в скорости передачи данных, у них эти значения теоретически находятся на уровне 40 МБит/с и 100 МБит/с, а на практике реальные скорости коммерческих сетей не превышают 4 МБит/с и 30 МБит/с соответственно, что само по себе очень неплохо, однако не удовлетворяет высоким целям IMT-Advanced. Обновление этих стандартов — WiMAX 2 и LTE-Advanced обещают сделать эту работу, однако она до сих пор не завершена и реальных сетей, которые их используют, по-прежнему не существует.

Тем не менее, можно утверждать, что оригинальные стандарты WiMAX и LTE достаточно отличаются от классических стандартов 3G, чтобы можно было говорить о смене поколений. И действительно, большинство операторов по всему миру, которые развернули подобные сети, называют их 4G. Очевидно, это используется в качестве маркетинга, и организация ITU не имеет полномочий противодействовать. Обе технологии (LTE в частности) скоро будут развернуты у многих операторов связи по всему миру в течение нескольких следующих лет, и использование названия «4G» будет только расти.

И это еще не конец истории. Американский оператор T-Mobile, который не объявлял о своем намерении модернизировать свою HSPA сеть до LTE в ближайшее время, решил начать брендинг модернизации до HSPA+ как 4G. В принципе, этот шаг имеет смысл: 3G технология в конечном счете может достигнуть скоростей, больших, чем просто LTE, приближаясь к требованиям IMT-Advanced. Есть много рынков, где HSPA+ сеть T-Mobile быстрее, чем WiMAX от оператора Sprint. И ни Sprint, ни Verizon, ни MetroPCS — три американских оператора с живой WiMAX/LTE сетью — не предлагают услуги VoIP. Они продолжают использовать свои 3G частоты для голоса и будут делать это еще в течении некоторого времени. Кроме того, T-Mobile собирается обновиться до скорости 42 МБит/с в этом году, даже не касаясь LTE!

Возможно, именно этот шаг T-Mobile вызвал глобальное переосмысление того, что же на самом деле означает «4G» среди покупателей мобильных телефонов. AT&T, которая находится в процессе перехода на HSPA+ и начнет предлагать LTE на некоторых рынках в конце этого года, называет обе эти сети 4G. Таким образом, все четыре национальных оператора США украли название «4G» у ITU — они его взяли, убежали с ним и изменили.

Выводы

Итак, что же это все нам дает? Похоже, операторы выиграли эту битву: ITU недавно отступил, заявив, что термин 4G «может быть применен к предшественникам этой технологии, LTE и WiMAX, а также другим эволюционировавшим 3G технологиям, обеспечивающим существенное повышение производительности и возможностей по сравнению с начальной системой третьего поколения». И в некотором смысле мы считаем, что это справедливо — никто не будет спорить, что так называемые «4G» сети сегодня напоминают сети 3G 2001 года. Мы можем передавать потоковое видео очень высокого качества, загружать большие файлы в мгновение ока и даже, в определенных условиях, использовать некоторые из этих сетей как замену DSL. Это звучит как скачок поколений!

Не известно, будут ли WiMAX 2 и LTE-Advanced называться «4G» к тому времени, когда они станут доступны, но думаю, что нет — возможности этих сетей будут сильно отличаться от сетей 4G, которые существуют сегодня. И давайте быть честными: отделы маркетинга не испытывают недостатка в названиях поколений.

Литература

UPDATE: Добавлена информация о системе мобильной связи «Алтай».

Поколения беспроводной связи – 1G, 2G, 3G И 4G

После неоднократной смены одного поколения сети другим, стало важно понимать разницу между ними.
В этой статье мы более сфокусируемся на понимании тонкой разницы между четырьмя поколениями. Давайте начнём с первых двух поколений беспроводной сети.

Анализ 1G и 2G:

• В 1G используется узкодиапазонная аналоговая мобильная сеть, которая позволяет совершать звонки и писать сообщения(предусмотрена система коммутации каналов).
• В 2G используется узкодиапазонная беспроводная цифровая сеть. Это делает связь более чёткой и также даёт возможность использовать коммутационную модель.
• И 1G, и 2G работают с голосовыми звонками и должны понижать максимальный диапазон частот также, как должны ограничивать отправления сообщений.
• В 1G и 2G недоступны последние технологии, как GPRS.
• Но величайший недостаток 1G заключается в том, что связь возможна только в пределах страны, когда как в случае 2G доступен полу-глобальный роуминг.
• Сети 1G(NMT, C-Nets, AMPS, TACS) считаются первыми аналоговыми сотовыми системами, которые были запущены в начале 80-х. До этого использовались радио-телефонные системы.
• Сети 2G (GSM, CDMA, DAMPS) — первые цифровые сотовые сети, запущенные в начале 90-х

Несколько причин, почему 2G превосходит 1G:

• Более слабые радио сигналы экономят энергию батареи, таким образом телефонам хватает зарядки на гораздо большее время, и благодаря этому размер батареи уменьшился.
• Цифровое кодирование голоса делало возможным проверку цифровых ошибок, которая позволяла увеличить качество звука за счёт увеличения динамического диапазона и снижения уровня шума.
• Снижение выходной мощности телефонов помогло уладить вопросы о вреде здоровью.
• Переход к цифровой системе способствовал внедрению цифровых сервисов данных, как SMS и e-mail
• Масштабное падение уровня мошенничества. С аналоговыми системами(1G) было возможно иметь более двух телефонов-клонов, у которых был одинаковый номер (с помощью телефона-клона можно завладеть счётом абонента).
• Повышение конфиденциальности. Мало где звучит, что цифровые сотовые звонки намного сложнее подслушать с помощью радио-сканера, однако это одно из ключевых преимуществ 2G. 2G телефоны намного более конфиденциальны, чем 1G, которые не имеют защиты от подслушивания.

Промежуточное поколение:

Существует, так называемое, промежуточное поколение между 2G и 3G, получившее обозначение 2,5G
2,5G запускалось, чтобы задействовать последние частоты диапазона, но эта идея не привнесла чего-то эволюционного и не стала достаточной для признания 2,5G самостоятельным поколением.

Пора 3G:

3G появилось, чтобы полностью исправить недостатки предшественников. В 3G используется система беспроводной сети, которая даёт настолько идеальное звучание, как будто это реальная беседа. Данные передаются с помощью пакетной коммутации. Голосовые звонки интерпретируются через систему коммутации.

Что такое пакетная коммутация?

Фактически, это работает так: от абонента передаются различные маленькие пакеты данных, которые после соединяются на узле-приёмнике и доходят до другого абонента. Нет необходимости создавать новые выделенные каналы, потому что данные могут быть отправлены по любому возможному каналу, значит они будут получены за меньшее время.

Основные особенности беспроводной сети 3G:

• С помощью 3G мы можем получить доступ к множеству новых услуг, одна из них – глобальный роуминг.
• 3G обладает широкодиапазонным голосовым каналом, благодаря которому цивилизация пришла и в маленькие деревеньки, ведь теперь можно было связываться с другим человеком, находящимся в другой части мира, и даже отправлять ему текстовые сообщения.
• 3G даёт очень чистый звук, и вы можете говорить без каких-либо помех.
• 3G имеет ряд развлекательных опций: Интернет, мобильное телевидение , видео-конференции, видео-звонки, MMS, игры по сети и многое другое.
• 3G сети (UMTS FDD and TDD, CDMA2000 1x EVDO, CDMA2000 3x, TD-SCDMA, Arib WCDMA, EDGE, IMT-2000 DECT) –сотовые сети, имеющие скорость передачи данных от 384 Кб/с до 42 Мб/сек.
• Широкий частотный диапазон и пакетная коммутация 3G устройств сделали возможным использовать ранее недоступные для пользователей приложения. Некоторые из них:
 Мобильное телевидение. Провайдер вещает телевизионный сигнал непосредственно на телефон абонента (если тот способен его принять).
 Видео. Провайдер загружает видео на телефон абонента.
 Видео-конференция.
 Телемедицина. Медицинский работник следит за состоянием здоровья абонента. Вы можете получить от него совет, также он может вызвать скорую помощь, если это необходимо.
 Местонахождение объектов. Провайдер отправляет информацию о погоде конкретно в регионе абонента или о пробках. Можно воспользоваться картой и найти интересующие вас объекты.

Этот сигнал возможно усилить, только установив репитер 3G.

Главные аспекты сетей 4G:

(4G было готово к запуску в районе 2012 года).
• 4G обладает расширенными опциями сервисов, которые имелись у 3G, например мультимедийные газеты или мобильное ТВ, которое, кстати, вы можете смотреть в таком же качестве, как на обычном телевизоре.
• Скорость передачи данных у 4G значительно выше, чем у предшественников. А если задача стоит еще больше усилить сигнал, то необходим репитер 4G.
• 4G сотовые системы должны иметь максимальную скорость передачи данных до 100 Мбит/с для мобильного доступа и до 1 Гбит/с для переменного или местного доступа, в соответствии с требованиями МСЭ(Международный союз электросвязи).
• 4G, как ожидается, обеспечит комплексное и безопасное для всех IP фундаментальное решение, базирующееся на доступе пользователей к IP телефонии, широкополосному Интернету, сервисам игр и HDTV мультимедиа.
• Инфраструктура для 4G будет только пакетной, хотя старые системы готовы обслуживать существующих пользователей.
• Существуют предложения по открытой Интернет платформе. Более ранние технологии, чем 4G, включают в себя: Flash-OFDM(механизм мультиплексирования посредством ортогональных поднесущих), стандарт 802.16 – WiMAX и HC-SDMA.
Что же, вы узнали историю поколений беспроводной связи, особенности каждого поколения и их сравнительные характеристики. Надеюсь, статья была полезной и интересной.